ANSYS_MPC方法连接shell单元和beam单元_详细教程
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ANSYS各类型单元连接专题讲解(一)之连接总则一直以来,有不少同学咨询水哥关于ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接问题。
之所以要用到各单元的连接,主要是由于我们在实际项目中,常常需要各种单元组合模拟,例如框架结构计算中的框架柱、框架梁采用梁单元模拟,楼板采用壳单元模拟,如此便会产生各类型单元之间的连接问题。
为解决部分朋友们的疑问,水哥依自己的理解将从以下几个方面系统讲解下ANSYS中杆单元、梁单元、壳单元、实体单元的连接,其中若有不合理之处,还望各位朋友批评指正。
本系列讲解目录如下:1、单元连接总原则。
2、杆与梁、壳、体单元的连接。
3、梁单元与实体单元铰接。
4、2D梁单元与2D实体单元刚接。
5、3D梁单元与3D实体单元刚接。
6、壳单元与实体单元连接。
7、单元连接综合实例。
本篇推文为该系列文章的首篇,主要说下ANSYS中单元连接总的原则以及简单介绍两个概念。
一般来说,按“杆梁壳体”单元顺序,只要后一种单元的自由度完全包含前一种单元的自由度,则只要有公共节点即可,不需要约束方程,否则需要耦合自由度与约束方程。
例如:(1)杆与梁、壳、体单元有公共节点即可,不需要约束方程。
(2)梁与壳有公共节点即可,也不需要约束写约束方程;壳梁自由度数目相同,自由度也相同,尽管壳的rotz是虚的自由度,也不妨碍二者之间的关系,这有点类同于梁与杆的关系。
(3)梁与体则要在相同位置建立不同的节点,然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
(4)壳与体则也要相同位置建立不同的节点,然后在节点处耦合自由度与施加约束方程。
从上述也可见,ANSYS无非是通过三种方法来实现单元之间的连接:共用节点、耦合、约束方程。
这里简单介绍下耦合与约束方程的基本概念。
一、耦合所谓耦合,其实是一种比较特殊的约束方程,只不过为了区别于普通一般的约束方程,方便用户操作,特定提出来的一个概念。
他具体指当我们需要迫使两个或多个自由度取得相同值(值未知)时,可以将这类自由耦合在一起。
问题:如下图所示block单元和beam单元如何连接在一起?例子:FINI/CLE/FILNAME,BEAM_AND_SOLID_ELEMENTS_CONNECTION !定义工作文件名/TITLE,COUPLE_AND_CONSTRAINT_EQUATION !定义工作名/PREP7ET,1,SOLID95 !定义实体单元类型为SOLID95ET,2,BEAM4 !定义梁单元类型为BEAM4MP,EX,1,3E4 !定义材料的弹性模量MP,PRXY,1,0.3 !定义泊松比R,1 !定义实体单元实常数R,2,10.0,10/12.0,1000/12.0,10.0,1.0 !定义梁单元实常数BLC4,,,20,7,10 !创建矩形块为实体模型WPOFFS,0,3.5 !将工作平面向Y方向移动3.5WPROTA,0,90 !将工作平面绕X轴旋转90度VSBW,ALL !将实体沿工作平面剖开WPOFFS,0,5 !将工作平面向Y方向移动5WPROTA,0,90 !将工作平面绕X轴旋转90度VSBW,ALL !将实体沿工作平面剖开WPCSYS,-1 !将工作平面设为与总体笛卡儿坐标一致K,100,20,3.5,5 !创建关键点K,101,120,3.5,5 !创建关键点L,100,101 !连接关键点生成梁的线实体LSEL,S,LOC,X,21,130 !选择梁线LATT,1,2,2 !指定梁的单元属性LESIZE,ALL,,,10 !指定梁上的单元份数LMESH,ALL !划分梁单元VSEL,ALL !选择所有实体VATT,1,1,1 !设置实体的单元属性ESIZE,1 !指定实体单元尺寸MSHAPE,0,2D !设置实体单元为2DMSHKEY,1 !设置为映射网格划分方法VMESH,ALL !划分实体单元ALLS !全选FINI !退出前处理/SOLU !进入求解器ASEL,S,LOC,X,0 !选择实体的端面DA,ALL,ALL !约束实体端面ALLS !全选FK,101,FY,-3.0 !在两端施加Y向压力CP,1,UX,1,21 !耦合节点1和节点21X方向自由度CP,2,UY,1,21 !耦合节点1和节点21Y方向自由度CP,3,UZ,1,21 !耦合节点1和节点21Z方向自由度CE,1,0,626,UX,1,2328,UX,-1,1,ROTY,-ABS(NZ(626)-NZ(2328)) !设置约束方程CE,2,0,67,UX,1,4283,UX,-1,1,ROTZ,-ABS(NY(67)-NY(4283)) !设置约束方程CE,3,0,67,UZ,1,4283,UZ,-1,1,ROTX,-ABS(NY(67)-NY(4283)) !设置约束方程ALLS !全选SOLVE !保存FINI !退出求解器/POST1 !进入通用后处理PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !显示Y方向位移PLNSOL, S,EQV, 0,1.0 !显示等效应力ETABLE,ZL1,SMISC,1 !读取梁单元上I节点X方向的力ETABLE,ZL2,SMISC,7 !读取梁单元上J节点X方向的力ETABLE,MZ1,SMISC,6 !读取梁单元上I节点Z方向的力矩ETABLE,MZ2,SMISC,12 !读取梁单元上J节点Z方向的力矩PLETAB,ZL1 !显示梁单元X方向的力PLETAB,MZ1 !显示梁单元Z方向力矩。
《有限元程序设计》课程作业题目:MPC在solid和shell单元连接处应用2015年6月4日MPC在solid和shell单元连接处应用本人利用ANSYS15.0软件进行练习学习此方法。
一、建立模型模型包含一个薄圆柱桶和一个正方体底座。
圆柱桶的半径为2.5mm,高为5mm;正方体的边长为5mm。
建立模型如下。
二、划分单元在Element >Add/Edit/Delete里,创建四类单元类型,结果如下图,分别为实体单元SOLID95、壳单元SHELL63、实体连接单元TARGE170、壳体连接单元CONTA175。
CONTA175单元选项里,K2选择MPC算法,设置图如下。
在Material Props> Material Models里,设定单元的杨氏模量为2e11;泊松比为0.3;在Real Constants>Add/Edit/Delete里,SHELL63单元的厚设为0.5。
通过Meshing>MeshTool里,分别对为实体座和薄圆柱划分网格,为了便于计算,单元边长设为1,结果如图所示。
三、处理连接部位选择实体座的接触界面,并设置面上单元属性为TARGE170类型;选择壳体的接触线,并设置单元属性为CONTA175类型。
然后选择以上单元,在Main Menu>Preprocessor>Modeling>Creat>Contact Pair 中,创建一个接触对。
四、施加约束在Solution>Define Loads>Apply>Structural>Displacement>On Areas,给实体座底部(视图里最左边的面)施加位移约束,位移为0。
Solution>Define Loads>Apply>Structural>Pressure>On Lines,在壳体自由端面上,施加1e6 N的压力。
问题:如下图所示的网格,其左右的密度不同,怎么连接在一起呢?先看例子吧。
fini/clear,nostart/prep7et,1,63r,1,0.1mp,prxy,1,0.3mp,ex,1,2e10 !以上为定义材料,单元类型rect,0,1,0,0.4rect,1,2,0,0.4 !建立两个矩形模型aesize,1,0.1aesize,2,0.05amesh,all !划分网格asel,s,,,2 !选择编号为2的面esla !选择此面上的单元nsle !选择单元上的所有节点nsel,r,loc,x,1-1e-6,1+1e-6!在刚才选取的节点中选择1-1e-6和1+1e-6之间的节点。
!也就是疏密网格交界处的节点。
注意,选择的是网格比较密的!那一侧的面上的节点。
因为一会要把这些节点和左侧面上的单!元连接在一起。
cm,node_temp,node !给这些节点起个名字,以备后用。
alls, !全选asel,s,,,1 !选择左侧的网格较疏的面esla !选择此面上的单元nsle !选择单元上的所有节点nsel,r,loc,x,1-1e-6,1+1e-6 !同上注释。
esln,r !选择贴附在以上节点上的单元。
cm,elem_temp,elem ! 给这些单元起个名字,以备后用。
alls,nsel,noneesel,none !在开始连接操作之前,不要选中任何节点和单元cmsel,s,elem_tempcmsel,s,node_temp !选中刚才定义的单元集合和节点集合。
ceintf,0.25,all !仅此一句命令即搞定了疏密网格之间的接合。
此命令可以在接合面处生成约束方程。
All代表全部自由度。
alls,/solulsel,s,,,4nsll,s,1d,all,all !定义边界条件lsel,s,,,6nsll,s,1d,all,uz,0.01 !定义边界条件alls,solve !求解之。
问题:如下图所示block单元和beam单元如何连接在一起?先看例子:FINI/CLE/FILNAME,BEAM_AND_SOLID_ELEMENTS_CONNECTION !定义工作文件名/TITLE,COUPLE_AND_CONSTRAINT_EQUATION !定义工作名/PREP7ET,1,SOLID95 !定义实体单元类型为SOLID95ET,2,BEAM4 !定义梁单元类型为BEAM4MP,EX,1,3E4 !定义材料的弹性模量MP,PRXY,1,0.3 !定义泊松比R,1 !定义实体单元实常数R,2,10.0,10/12.0,1000/12.0,10.0,1.0 !定义梁单元实常数BLC4,,,20,7,10 !创建矩形块为实体模型WPOFFS,0,3.5 !将工作平面向Y方向移动3.5WPROTA,0,90 !将工作平面绕X轴旋转90度VSBW,ALL !将实体沿工作平面剖开WPOFFS,0,5 !将工作平面向Y方向移动5WPROTA,0,90 !将工作平面绕X轴旋转90度VSBW,ALL !将实体沿工作平面剖开WPCSYS,-1 !将工作平面设为与总体笛卡儿坐标一致K,100,20,3.5,5 !创建关键点K,101,120,3.5,5 !创建关键点L,100,101 !连接关键点生成梁的线实体LSEL,S,LOC,X,21,130 !选择梁线LATT,1,2,2 !指定梁的单元属性LESIZE,ALL,,,10 !指定梁上的单元份数LMESH,ALL !划分梁单元VSEL,ALL !选择所有实体VATT,1,1,1 !设置实体的单元属性ESIZE,1 !指定实体单元尺寸MSHAPE,0,2D !设置实体单元为2DMSHKEY,1 !设置为映射网格划分方法VMESH,ALL !划分实体单元ALLS !全选FINI !退出前处理/SOLU !进入求解器ASEL,S,LOC,X,0 !选择实体的端面DA,ALL,ALL !约束实体端面ALLS !全选FK,101,FY,-3.0 !在两端施加Y向压力CP,1,UX,1,21 !耦合节点1和节点21X方向自由度CP,2,UY,1,21 !耦合节点1和节点21Y方向自由度CP,3,UZ,1,21 !耦合节点1和节点21Z方向自由度CE,1,0,626,UX,1,2328,UX,-1,1,ROTY,-ABS(NZ(626)-NZ(2328)) !设置约束方程CE,2,0,67,UX,1,4283,UX,-1,1,ROTZ,-ABS(NY(67)-NY(4283)) !设置约束方程CE,3,0,67,UZ,1,4283,UZ,-1,1,ROTX,-ABS(NY(67)-NY(4283)) !设置约束方程ALLS !全选SOLVE !保存FINI !退出求解器/POST1 !进入通用后处理PLNSOL, U,Y, 0,1.0 !显示Y方向位移PLNSOL, S,EQV, 0,1.0 !显示等效应力ETABLE,ZL1,SMISC,1 !读取梁单元上I节点X方向的力ETABLE,ZL2,SMISC,7 !读取梁单元上J节点X方向的力ETABLE,MZ1,SMISC,6 !读取梁单元上I节点Z方向的力矩ETABLE,MZ2,SMISC,12 !读取梁单元上J节点Z方向的力矩PLETAB,ZL1 !显示梁单元X方向的力PLETAB,MZ1 !显示梁单元Z方向力矩ansys中联系自由度的方法(CE)——耦合和约束方程CE命令1 耦合当需要迫使两个或多个自由度取得相同(但未知)值,可以将这些自由度耦合在一起。
Q:用板壳元shell63单元建模时,如下图示,两个平面互相垂直,如何使这两个平面保持为一个整体来受力.因为实际结构中,比如一个由钢板焊成的箱梁,内有加劲隔板,如何模拟.由于这两个面没有公共边,用了粘贴及搭接都不行,试问怎样简单实现整体性这一目的.A:分网时控制单元长度,使面与面之间有重合节点或相邻节点,然后使用Merge Items或Adjacent Regions节点既可把面与面给“焊起来”。
Adjacent Regions命令时,必须先将一个区域的节点和相邻区域的单元选择好,再自动生成约束方程,是这样的吗,对整体计算的精度应有保证吧Adjacent Regions命令的使用确如楼上所说,但对整体计算精度能否保证就不好妄加评论了。
其实我认为SHELL63单元连接的方法是多种多样的,如何选择关键在于快捷,准确。
当同位置的结点难以实现,Adjacent Regions命令又较困难时,那么还有相邻节点重合(Coincident Nodes),只要知道要求重合节点的距离容差就行了Q:请教ansys中梁壳两种单元一起建模时遇到的问题。
我分析了一个地下结构,楼板用shell63单元。
立柱用BEAM4单元。
结果出现的问题好奇怪,说单元1没有定义材料类型。
其实不是的。
后来我建了一个简单的模型,还是同样的问题。
我非常不解。
我把模型发了上来,哪位好心人能否帮我诊断一下。
谢谢了。
A:/prep7et,1,shell63mp,ex,1,3e10mp,prxy,1,0.2mp,dens,1,2500keyopt,1,3,2!梁壳一起建模时必须要考虑shell中面的转动刚度r,1,1et,2,beam4mp,ex,2,3e10mp,prxy,2,0.2mp,dens,2,2500r,2,0.785,0.049,0.049,1,1,,,0.098,,,,k,1,0,0,10k,2,0,0,0k,3,10,0,0k,4,10,0,10a,1,2,3,4k,9,0,-5,10k,10,0,-5,0k,11,10,-5,0k,12,10,-5,10a,9,10,11,12!a,1,9,12,4wplane,100,0,0,0,10,0,0,0,10,0 csys,4*do,i,1,4,1wpave,0,0,2asbw,all*enddowplane,100,0,0,0,0,0,-10,0,10,0 csys,wp*do,i,1,4,1wpave,0,0,2asbw,all*enddonummrg,allnumcmp,allcsys,0!恢复原始的坐标系l,64,65lsel,s,,,27lesize,all,1latt,2,2,2lmesh,allallselaatt,1,1,1mshkey,0mshape,0esize,2amesh,allallselnummrg,allnumcmp,allallselnsel,s,loc,y,-5d,all,allallselasel,s,loc,y,0sfa,all,,pres,57e3allsel/soluantype,staticsolvefinish我把模型发了上来,出现的错误真是令人匪夷所思。
利用MPC技术对solid-shell单元进行连接实例----------简支梁一、问题描述⨯表面上作用有大小为1MPa的压力,两端φ150圆柱面为支撑表面,梁的尺寸如下图所示,在梁的2000300分析其应力和变形情况。
由于梁的形状和载荷都对称于梁跨度中点处横截面,分析时可取梁长度的一半。
二、步骤分析1.选择单元类型通过Preprocessor>Element Typle>Add/Edit/Delete出现如图1-1左所示对话框,单击Add;弹出如图1-1右所示对话框,在左侧列表中选“Structural Solid”,在右侧列表中选”Brick 20node 95”,然后单击Apply按钮;再在左侧列表中选“Structural Shell”,在右侧列表中选”Elastic 4node 63”,然后单击Apply按钮;再在左侧列表中选“Contact”,在右侧列表中选”3D target 170”,然后单击Apply按钮;再在左侧列表中选“Contact”,在右侧列表中选”pt-to-surf175”,单击OK按钮。
返回到”Eiement type”对话框,在列表中选择”Type3TARGET170”,单击option按钮,弹出1-1右对话框,选择K5为”SLD/SLD”(SLD/SLD约束),单击OK按钮;在列表中选择”Type4CONTA175”单击option按钮,弹出1-2对话框,选择K2为” MPCalgorithm”(MPC算法),选择K12为”Bonded(always)”(接触面行为为绑定)单击OK按钮,单击”Element type”对话框的close按钮。
图1-1图1-22.定义实常数通过Preprocessor>Material Props> Material Models,弹出Real Constants对话框,单击Add按钮,弹出如图2-1左所示对话框,选择Type2SHELL 163,单击OK按钮,弹出如图2-1右所示对话框,在TK(I)文本框中输入0.02,单击OK按钮,于是定义了实常数1。
ANSYS MPC方法连接shell单元和beam单元详细教程
2010-05-21 22:12:04 作者:zhz2004 来源:机械CADl论坛浏览次数:621 网友评论0 条
近日在论坛看到些用ansys的坛友问及beam单元和shell单元、beam单元和solid单元、sh ell单元和solid单元的连接问题。
其实解决此类问题的方法不只一种,耦合约束方程、绑定接触都是有效的方法。
其中耦合约束方程适用于小变形,而绑定接触即可用于小变形,也可用于大变形的几何非线性分析。
下面,我将本人所做的用MPC方法连接shell单元和beam 单元的详细步骤提供给大家,与各位共勉。
添加shell单元(略)
添加beam单元(略)
添加shell实常数
添加shell实常数:shell厚度0.005
添加beam截面:圆钢
内经、外径及网格密度
预览网格
开始建模:转动工作平面
工作平面z轴向上
建立圆面
继续:
将面拉伸成体
定义拉伸高度:0.5m
删除体,留面
显示面
删除空圆柱的顶面和底面
创建点:用于建立梁单元的第一个点。
两点之间创建(正中)。
复制点:用于建立梁单元的第二个点。
复制:Y方向0.5m
连接两点,用于创建梁单元。
继续
定义材料属性,有点晚^_^
准备划分壳单元
划分壳,映射方法
准备划分梁单元
划分梁单元
选中要划分梁单元的线
完成,定义mpc接触
定义主控点
选择梁单元的下面一个关键点(当然也可以选择梁单元的最下一个node,相应选项要选pick existing node...)
选择梁单元的下面一个关键点
?
继续下一个:
施加集中力x方向10000n
计算结果,位移云图
显示梁截面的位移云图
显示梁单元形状
显示梁单元形状
应力云图(整体)
应力云图(梁壳连接处放大显示)
全为壳单元的计算结果的位移云图
全为壳单元的计算结果的应力云图
这只是shell单元和beam单元连接的示例,beam和solid、shell和solid大同小异。
做出此例希望大家广开言论,发表一下自己的见解,例中如有谬误,还请大家指正。